Polymeren, waaronder plastics, kennen we allemaal uit ons dagelijks leven. Van de plastic draagtas tot computeronderdelen en kopjes. Allemaal worden deze polymeren vervaardigd uit aardolie en afgeleide producten. De producten zijn zeer nuttig en breed toepasbaar, mede door de gunstige eigenschappen zoals warmteweerbaarheid, stevigheid en waterdichtheid. Daarentegen kennen polymeren ook een keerzijde, zoals het niet of moeilijk afbreekbaar zijn in de natuurlijke omgeving en de nadelen van het gebruik van fossiele bronnen: hun eindigheid en de ongecontroleerde emissie van broeikasgassen die verband houdt met klimaatverandering. Dit is een zichtbaar probleem bij onder meer De Plasticsoep, waar geen of beperkte afbraak plaatsvindt van plastics in de oceaan. De zoektocht naar alternatieven is daarom volop aan de gang.
MULTIFILE
De overgang van traditionele textiel naar biotextiel kan omschreven worden als een paradigmaverandering, in grote lijnen parallel aan de komst van biotechnologie. Dit wordt vaak geassocieerd met begrippen als creatieve destructie, waarbij nieuwe innovatieve industrieën de bestaande achterhaald doen raken. Maar biopolymeren zijn er altijd al geweest. Wat opvalt, is hier niet het radicale van de verandering, maar de mogelijkheid om nieuwe technologieën en materialen toe te passen en te reageren op vragen van de markt en mondiale omstandigheden. In dit rapport wordt een overzicht gegeven van het gebruik van de meest voorkomende biopolymeren in geotextieltoepassingen, dus toepassingen in bijvoorbeeld de weg- en waterbouw of in de agro-industrie. Biopolymeren worden als volgt gedefinieerd: ‘polymeren die worden geproduceerd uit natuurlijke hernieuwbare grondstoffen’. Dit zijn bijvoorbeeld: • Duurzame beschikbare (delen van) planten en dieren (ook aquatische biomassa). • Primaire residuen (bermgras, houtafval, ...). • Secundaire residuen (bietenpulp, bierborstel, ...). • Tertiaire residuen (dierlijk vet, GFT, ...). Biobased houdt in dat een polymeer uit natuurlijke, dierlijke of hernieuwbare grondstof bestaat. Dit geeft een grotere onafhankelijkheid van de klassieke grondstofproducenten, zoals de aardolie- en gasproducenten. Echter moet bedacht worden dat er weer een afhankelijkheid van andere grondstofproducenten kan ontstaan. Natuurlijke grondstoffen zijn de meest bekende. Er is bijvoorbeeld cellulose uit katoen, vlas van de vlasplant of brandnetelvezel van de brandnetel. Onder dierlijke grondstoffen verstaan we onder andere chitosan uit schaaldieren. Een hernieuwbare grondstof is bijvoorbeeld zetmeel/suiker voor PLA (polymelkzuur. Deze biopolymeren worden besproken om duidelijk te maken welke soorten wel of niet geschikt zijn voor verschillende toepassingen in geotextiel. Een verder onderscheid wordt wel gemaakt op basis hun ‘end of life’: biodegradeerbaar en composteerbaar. Een materiaal is biodegradeerbaar wanneer de afbraak het gevolg is van de actie van micro-organismen (zwammen, bacteriën), waardoor het materiaal uiteindelijk wordt omgezet in water, biomassa, CO2 en/of methaan, ongeacht de tijd die hiervoor nodig is. Composteerbaar wil zeggen dat stoffen worden afgebroken bij het composteren met een snelheid die vergelijkbaar is met die van andere bekende composteerbare materialen (bijvoorbeeld groenafval). Met andere woorden: een materiaal is composteerbaar wanneer het afbraakproces compatibel is met de omgevingsomstandigheden van een huishoudelijke of industriële composteerinstallatie, zoals temperatuur, vochtigheid en tijd. Hierbij dient te worden opgemerkt dat composteerbare materialen biodegradeerbaar zijn, maar niet alle biodegradeerbare materialen zijn composteerbaar. In de geotextiel bestaan twee grote verschillen in toepassingen. De permanente of houdbare toepassingen en de degradeerbare toepassingen. Oeverbescherming is een goed voorbeeld van een degradeerbaar product. Een nieuwe oever bestaat voor een groot deel uit los zand. Om ervoor te zorgen dat de oever door bijvoorbeeld erosie niet verdwijnt, worden er kokosmatten gebruikt voor versteviging. Op deze kokosmatten vormt zich op den duur een nieuw ecosysteem. De kokosmatten zullen dan na een aantal jaren composteren zonder vervuilende grondstoffen in de aarde achter te laten. Maar in bijvoorbeeld wegen of bij viaducten, wordt versteviging toegepast met als doel langdurig functiebehoud van het polymeer. In dit rapport is een tabel opgenomen met daarin de behandelde biopolymeren met de belangrijkste eigenschappen. Zo kan bijvoorbeeld een geotextiel producent de meest optimale keuze maken voor de grondstoffen voor haar producten. Ook is een figuur opgenomen, waarin een verzameling aan geotoepassingen en biopolymeren (met degradeerbaar/biobased labels) in een overzicht is gezet. Biopolymeren kunnen,
MULTIFILE
Onderzoeksuitkomsten van het Saxion-project Materialen in Ontwerp, thema Milieubewust verpakken. SP Packaging (Enschede) heeft zich gespecialiseerd in flexibele non-food verpakkingen. De markt vraagt naar milieuvriendelijkere vervangers voor de huidige verpakkingsmaterialen, zoals de kunststoffen PP, PE en PVC. In het project is onderzoek gedaan naar verkrijgbare milieuvriendelijke verpakkingsmaterialen. Leveranciers zijn benaderd, beurzen zijn bezocht en materialen zijn onderzocht. Generiek heeft het project een interactief schema opgeleverd, waarin alle verschillende eigenschappen van de milieuvriendelijke en de huidige materialen worden weergegeven en waardoor eenvoudig een keus gemaakt kan worden uit de beschikbare materialen en hun eigenschappen. Per toepassingssituatie kan het schema worden aangepast om tot een eenvoudige keuze te komen. Specifiek voor SP Packaging is dit schema ook toegepast op basis van een vooraf opgesteld programma van eisen. Er is gebleken dat het gewenste materiaal voor SP Packaging op dit moment nog niet op de markt is, de beperkingen waarover de verschillende materialen beschikken zijn nog te groot om direct toe te passen in de bestaande productie. Noodzakelijke productie aanpassingen, bijzondere voorwaarden voor opslag en transport van het materiaal en het niet in alle opzichten geschikt zijn voor flexibele presentatie verpakkingen vormen de huidige bottle-necks. In een brainstormsessie en uit de vervolg ontwerpsessies zijn diverse concepten bedacht, die potentie hebben. De bestaande concepten en wijze van verpakken en aanbieden aan de klant zullen hierdoor wel ingrijpend veranderen. De conslusie van het onderzoek voor SP Packaging is dat er op dit moment geen materiaal op de markt is dat de huidige kunststoffen voldoende zou kunnen vervangen. Er zijn concepten aangereikt hoe met de nieuwe materialen om te gaan d.m.v. andere verpakkingsconcepten en andere methoden van aanbieden aan de klant.
MULTIFILE
Dit project richt zich op de ontwikkeling van de biotechnologische en chemische procesvoering om op basis van mycelium een alternatief voor leer te produceren. In vergelijking met leer is het voordeel van mycelium dat geen runderen nodig zijn, de productie kan plaatsvinden onder industriële condities en met gebruik van reststromen, de CO2 uitstoot alsook hoeveelheid afval verlaagd wordt, en het gebruik van toxische stoffen zoals chroom wordt vervangen door biobased alternatieven. In het project zullen de procescondities worden bepaald die leiden tot de vorming van optimaal mycelium. Daartoe zullen twee verschillende schimmels worden gekweekt in bioreactoren bij de Hogeschool Arnhem Nijmegen (HAN), waarbij specifiek de effecten van de procescondities (temperatuur, pH, shear, beluchting) en de samenstelling van het kweekmedium op groei van het mycelium en materiaal eigenschappen zullen worden onderzocht. De meest optimale condities zullen vervolgens worden opgeschaald. Op het op deze wijze verkregen materiaal zal Mylium BV een aantal nabehandelingsstappen uitvoeren om de sterkte, elasticiteit, en duurzaamheid van het product te vergroten. Daartoe worden biobased plasticizers, cross-linkers en/of flexibility agents gebruikt. Het resulterende eindproduct zal middels specifiek fysieke testen vergeleken worden met leer alsook worden voorgelegd aan mogelijke klanten. Indien beide resultaten positief zijn kan het betreffende proces na het project verder worden opgeschaald voor toepassing naar de markt.
Biomassa afkomstig van stedelijk groenbeheer is grondstof voor biocascadering van benutbare biomassa componenten. Planten bevatten waardevolle inhoudstoffen die als grondstof kunnen dienen voor onder andere farmaceutica, cosmetica, voeding, veevoer, chemie, biomaterialen en bio-energie. Stedelijk groen draagt bij aan kwaliteit van leven voor burgers en biodiversiteit in de stad. Introductie van kwalitatief hoogwaardig stedelijk groen met multifunctionele eigenschappen ten aanzien van stedelijk klimaatsverbetering is op dit moment niet haalbaar vanwege de hoge kosten van aanleg en onderhoud. Het op meerdere manieren benutten van stedelijk snoeimateriaal en het circulair maken van de mineralen kringloop moet het mogelijk maken kosteneffectieve hoogwaardige beplantingen in de stedelijke ruimte te realiseren. Het groenbeheers bedrijf Ecorridors BV en het farmaciebedrijf Syncom BV hebben samen met het Kenniscentrum Biobased Economie (KCBBE) van de Hanzehogeschool Groningen onderzoek gedaan naar de ontwikkeling van nieuwe circulaire supply-chains voor het aanvoeren, extraheren en benutten van plantinhoudstoffen uit biomassa snoeimateriaal voor farmaceutische, cosmetische en nutraceutische toepassingen waarbij restmaterialen worden gecomposteerd en weer teruggebracht in de kringloop.Het project heeft het proof-of-principle van deze ideeën aangetoond en er indicatieve business-plannen voor ontwikkeld. Concreet zijn de mogelijkheden voor supply chains op basis van taxus, verfbrem en hondsroos onderzocht. Taxus is grondstof voor paclitaxel een cytostatica die in de chemotherapie van kanker wordt benut. Hanzehogeschool heeft groen extractie proces op basis van een superkritisch CO2 hiervoor ontwikkeld. Verfbrem is grondstof voor de anti-aging fytosterol genisteine. Genisteine in huidverzorgingsproducten stimuleert de aanmaak van huideigen collageen en verhoogt daarmee de huidelasticiteit. Hanzehogeschool heeft een superkritisch CO2 extractieproces hiervoor ontwikkeld en zowel met behulp van in vitro als in vivo testen de werking van cosmetica met genisteine gedemonstreerd. De derde keten is op basis van rozebottels van de hondsroos. Rozebottels zijn rijk aan antioxidanten in het vruchtvlees en olie in het zaad. Voor beide ingrediënten heeft de Hanzehogeschool superkritische extractieprocessen ontwikkeld. Toepassingen hiervoor zijn in voeding (antioxidant) en in cosmetica (olie).De voorlopige business-cases van al deze grondstoffen zien er veel belovend uit. Bij realisatie van deze business-cases dragen de project partners bij aan verder vergroenen en circulair maken van onze economie en samenleving. Vervolgonderzoek waarbij onder andere ook wordt gekeken naar de hoeveelheid microverontreinigingen in het materiaal moet uitwijzen of deze ketens ook daadwerkelijk gerealiseerd kunnen worden.
Lupineschillen (lupine zaadhuid) zijn een reststroom van lupineverwerking. Lupineschillen vormen 25% van de totale biomassa van de lupineboon, terwijl sojaschillen slechts 5% van de totale biomassa van de sojaboon zijn. Er zijn onvoldoende rendabele toepassingen voor lupineschillen waardoor de rentabiliteit van de lupine supply chain achter blijft bij de veel competitievere soja supply chain. Lupineschillen zijn rijk aan de actieve stof lupeol waarvan recent farmaceutische en cosmetische anti-aging werkingen zijn vastgesteld, waaronder anti-tumor werking. Lupeol komt naast lupine ook in hoge concentraties voor in berkenbast. Berkenbast bevat bovendien een chemische voorloper van lupeol namelijk betuline. Recentelijk is er een chemische syntheseroute ontwikkeld voor lupeol op basis van betuline. Als deze syntheseroute kosteneffectief is, dan kan deze route de ontwikkeling van nieuwe toepassingen van lupineschillen blokkeren.Het doel van deze studie is het opstellen van een circulair ontwerp voor lupeol extractie uit twee reststromen met behulp van superkritische CO2 extractie en de kosteneffectiviteit van deze circulaire ontwerpen met elkaar vergelijken voor het selecteren van het meest optimale proces voor lupeol extractie en/of synthese. Bovendien worden mogelijke cosmetische anti-aging effecten van lupeol getest.Met behulp van superkritische CO2 extractie is het mogelijk om lupeol kosteneffectief uit lupineschillen te extraheren. De alternatieve syntheseroute van lupeol uit betuline zoals deze in de wetenschappelijke literatuur was gepubliceerd bleek niet reproduceerbaar te zijn. Patentliteratuur leverde een reproduceerbare syntheseroute. Vergelijking van de twee routes was nog niet mogelijk vanwege de lage omzetting efficiënties van de syntheseroute. Daarnaast zijn er mogelijke intellectuele eigendom issues. De effectiviteit van lupeol is in vitro en in vivo getest. Hieruit bleek dat lupeol in tegenstelling tot de literatuur minimale effecten had op huidcellen. De huidelasticiteit bij proefpersonen nam enigszins toe na gebruik van een cosmetische formulering met lupeol.Uit onze studie is gebleken dat we kosteneffectief lupeol kunnen extraheren met behulp van superkritische CO2, dat de alternatieve routes voor lupeol synthese nog niet mogelijk zijn en dat we enige anti-aging effecten van lupeol hebben kunnen vinden bij toepassing in cosmetische producten.
